矿井采空区瓦斯治理技术分析

王雄 尚勇

（重庆中梁山煤电气有限公司矿业分公司 重庆 400052）

矿井采空区瓦斯治理技术分析

王雄 尚勇

（重庆中梁山煤电气有限公司矿业分公司 重庆 400052）

在我国矿产生产中，瓦斯事故最为常见，其不仅会造成大量的人员伤亡，而且还会损毁矿产开采设备，甚至引发严重的矿井火灾和爆炸等二次事故。对此，本文首先介绍了几种常见的矿井采空区瓦斯治理技术，然后结合实例对具体的控制要点进行了详细探究。

矿井采空区；瓦斯治理技术；应用

1 引言

随着开采深度和强度的不断增加，高强度机械化采掘和集约化生产也在进一步加强。在矿井开挖中，瓦斯爆炸事故的危害程度很大，所以，深化对于矿井瓦斯灾害防治技术的研究，对于促进我国矿产安全生产具有十分重要的作用。

2 矿井采空区瓦斯涌出来源

瓦斯都是从压力较高的地方涌向压力较低的地方并不断扩散的，当压力值平衡时才会结束涌动。瓦斯源指的是采空区内瓦斯涌出的源头，采空区瓦斯涌出量主要是由四部分组成的，分别为围岩瓦斯涌出、未采分层瓦斯涌出、回采丢煤瓦斯涌出及邻近层瓦斯涌出。随着采场内煤岩层的移动、垮落、变形，这四部分瓦斯按照各自的涌出规律涌入采空区，混合在一起，其源汇关系如图1所示。

图1 采空区瓦斯涌出来源示意图

3 常见矿井采空区瓦斯处理技术

3.1 调整风量

如果回采工作面瓦斯超限，则首先要增加风量，降低工作面瓦斯浓度。由于工作面风量增大，压力大大增加，而采空区相对工作面负压增大，采空区漏风量增大，高浓度瓦斯就会从采空区涌向工作面回风隅角，导致回风流瓦斯浓度急剧上升，浓度不断下降，有利于回到安全开采状态。该方法并不适用于所有矿井。

3.2 均压法

均压法指的是通过多种调压方法，包括风窗、风机、连通管、调级气室等，改变通风系统内的压力分布情况，减小漏风两端的压差，减少采空区瓦斯涌出量。采空区瓦斯源带压力为Hz，工作面压力为Hi，Hz-Hi=H，通过均压法，能够增加工作面Hi值，而Hz的变化较小，即瓦斯源带压力与工作面区段内的压力差值减少，邻近层采空区瓦斯扩散程度和渗透程度降低，邻近层采空区瓦斯涌出也降低。

3.3 疏导法

疏导排放法指的是通过尾巷排放法、风筒导引法等，改变采空区漏风方向或者采空区瓦斯涌出的方式，减少采空区瓦斯积存量，有利于减少采空区瓦斯沿工作面上风巷隅角侧涌出。

3.4 预埋管抽放法

为了避免采空区瓦斯涌入工作面，造成瓦斯浓度过高，可以在工作面预先布置抽放竖路，保证最前面一个竖管与工作面保持一定距离，并竖直放置进行安装，底面用三通与抽放管路连接。竖管的长度在1～1.5m左右，顶端封闭，在顶部均匀钻小孔，用纱布包好，放入采空区抽放。预埋管法可促使采空区上隅角瓦斯改变流向，减少瓦斯涌出，提高采空区瓦斯抽放浓度，保障矿井生产安全性。除此以外，还可以使用引导抽放法、顶板巷道抽放、消火道布置钻孔、高位钻孔抽放、尾巷抽放采空区瓦斯等方法。

4 矿井矿井采空区瓦斯处理工程实例

4.1 工程概况

4.1.1 224工作面概况

某矿224工作面开采2#煤层，煤层厚度3.3m，煤层倾角60，采用综合机械化沿顶板一次采全高的走向长壁采煤法，全部垮落法处理顶板。工作面采用“两进一回”（轨道顺槽、胶带顺槽进风通风，尾巷回风）通风系统。采用瓦斯尾巷埋管治理采空区瓦斯，尾巷长1198m，在瓦斯尾巷内布置抽采管道，当回采工作面形成后，在采空区内埋管抽采采空区内的瓦斯，埋管高度1.5m，间距30～50m。

4.1.2 601工作面概况

601工作面采用高位钻场治理采空区瓦斯，在6012巷内设计8个钻场，每个钻场相隔80m，分别施工6个钻孔，并在钻场处施工两趟6寸排水管用于打钻排水，终孔高度位于煤层顶板向上10～15m，距工作面副巷的水平距离为5～20m。

4.1.3 603工作面概况

603工作面布置高抽巷治理采空区瓦斯，瓦斯基本参数如表1所示，高抽巷布置在603工作面外错，605工作面内错，服务于两个工作面。层间距位于距煤层顶板14m左右，最大距离达到29m。从603回风联巷中部开口，设计巷高3m、巷宽3.5m，20°上坡，爬坡距离48.6m，到达距煤层顶板17m后，随着煤层的倾角变化，始终保持与煤层顶板17m的垂距，与6032巷平行掘进，距6032巷投影距离30m，距6051巷投影距离15m，高抽巷设计总长度1422.4m。高抽巷钻孔内605的本煤层钻孔水平间距2.5m，603，605工作面的高、低位裂隙钻孔分上下两排施工，水平间距5m，垂直间距0.5m。

表1 603工作面煤层瓦斯基本参数

4.2 治理技术

利用瓦斯尾巷治理采空区瓦斯是将原来的单独回风巷排放瓦斯，改为工作面回风巷和瓦斯尾巷双巷排放瓦斯，加大了瓦斯排放巷道的面积，降低了风阻，加快了采空区瓦斯排放的速度。最主要的是能够改变上隅角部位的风流状态，消除上隅角的微风涡旋滞留区，增加了在尾巷埋管抽采瓦斯，更能很好的治理上隅角瓦斯超限。

高位钻场作为治理工作面和上隅角瓦斯超限的一种行之有效的方法，在很多矿井得到应用。高位钻场的工作原理是：根据采空区上覆岩层裂隙演化所形成的采动裂隙“O”形圈（采动裂隙圆矩梯台带）原理和采空区瓦斯在采动裂隙“O”形圈升浮一扩散及积聚原理，通过高位钻场向采动裂隙“O”形圈内布置钻孔，以“O”形圈内的裂隙网络作为瓦斯运移的通道，经负压抽采采空区内的瓦斯。

高抽巷治理瓦斯的主要原理为：根据采动裂隙带的演化机理和瓦斯在采动裂隙带内的运移规律，将巷道或钻孔布置在裂隙带内，当顶板垮落后，顶板岩层及煤层的瓦斯平衡受到破坏，由围岩和采空区遗煤等解析的瓦斯经过裂隙网络会向采空区的上覆裂隙带聚集，在抽采负压的作用下向能及时抽出，在到达治理采空区瓦斯的目的同时，能够改变采空区流场分布，减少采空区瓦斯涌向工作面，控制上隅角瓦斯超限。

4.3 效果分析

通过对抽采浓度、纯流量、抽采率等参数实测并分析，以检验瓦斯治理效果，参见图2～4。

图2 瓦斯抽采浓度对比图

图3 抽采纯流量对比图

图4 抽采率对比图

（1）工作面回采初期，瓦斯尾巷抽采浓度为2.5%，随着工作面推移，抽采浓度逐渐升高，回采到30d左右，抽采浓度达到最大值14.1%，随着工作面推移，抽采浓度又逐渐降低，回采到60d左右，抽采浓度为6.4%，在整个实测过程中，抽采浓度值波动范围较大；高位钻场在工作面回采初期抽采浓度为7.4%，随着工作面推移抽采浓度有时高时低现象，但波动范围较小，回采到60d左右，抽采浓度为14.8%；工作面回采初期，高抽巷抽采瓦斯浓度为2.6%，随着工作面的推移抽采浓度逐渐升高，工作面回采到40d和55d时，抽采浓度急剧升高，回采到55d左右时，抽采浓度趋于稳定，达到23.8%，如图2所示。

（2）三者抽采纯流量在工作面回采初期相差不大，在回采到20d时瓦斯尾巷抽采纯流量骤然上升，从1.24m3/min升高到2.96m3/min，然后逐渐下降，在回采到30d左右时，抽采纯流量达到最大值为3.5m3/min，随着工作面推移抽采纯量整体呈现下降趋势，回采到60d时，抽采纯流量为2.0m3/min；高位钻场抽采纯流量在前28d内总体上逐渐上升，在28d时达到3.15m3/min，在28～30d时，抽采纯流量下降到1.92m3/min，在30～48d时，抽采纯流量出现升高降低趋势，在48～50d，抽采纯流量从1.94m3/min下降到0.86m3/min；高抽巷抽采纯流量整体呈现出上升趋势，在30d和42d时，上升幅度较大，在55d左右时，抽采纯流量趋于稳定，达到5.23m3/min，如图3所示。

（3）瓦斯尾巷抽采率较低，平均值仅为23.1%；高位钻场抽采率在回采初期为32.4%，在回采的前25d时，抽采率逐渐降低到24.5%，在26d时急剧升高到46.2%，随后抽采率保持在40%左右；高抽巷抽采率在回采初期为18.4%，在第5d时，升高到42.1%，随后有小幅度下降，在第14d时抽采率升到68.5%，随后抽采率在55.0～65.0%之间上下波动，如图4所示。

5 结语

当前，我国在瓦斯治理方面已经取得了很大的进步，但是由于产业结构不断调整，矿井瓦斯灾害的危险性在不断增加，因此必须加强瓦斯治理方面的研究。瓦斯事故治理系统性很强，需要采用全方位、全过程的综合治理方式，在实践中不断探索，保障矿产安全生产，促进社会效益和经济效益的协调发展。

[1]任仲久.基于地面钻孔抽采技术的采空区瓦斯治理[J].能源技术与管理，2013（6）：24～25.

[2]幸小斌，叶云超，汪多斌.串联通风工作面采空区上隅角瓦斯治理技术[J].煤炭技术，2015（9）：63～65.

[3]刘卫忠.夏阔坦煤矿采空区火害、瓦斯综合防治技术[J].煤炭科技，2014（3）：91～93.

TD712

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1004-7344（2016）04-0177-02

2016-1-25